Forventninger til en studioinnspilling

Verificou-se que a performance do modelo k- é relativamente boa. Apesar de não simular as correntes secundárias nem os vórtices de larga escala, como foi referido anteriormente no capítulo 4.2, o modelo serve de componente auxiliar para interpretar os resultados experimentais.

Para que a performance do modelo fosse a mais indicada, deveria analisar-se a convergência da malha, ou seja analisar vários tipos de malha (menos refinada e mais refinada) para que os resultados obtidos não dependessem da malha. Filonovich et al. (2010) comprovou que, para a malha utilizada no presente estudo, a solução obtida não depende da malha, pelo que não foi necessário realizar aquele procedimento. Nesse trabalho é demonstrado que a melhor solução a adoptar é um refinamento médio com 600.000 elementos. Obviamente que quanto maior o refinamento da malha melhores serão os resultados, mas maior será a sobrecarga computacional.

Nas Figs. 34 e 35 mostra-se a performance do modelo, comparando as velocidades de escoamento U obtidas com as medidas nos ensaios experimentais, para hr=0,2 e hr=0,3. Os resultados obtidos são claramente satisfatórios. Observa-se que na secção de 3,0 m existe uma diferença de resultados, mas que ao longo das secções do canal os dados numéricos vão-se aproximando dos dados experimentais. Verifica-se que, em geral os resultados experimentais são superiores aos numéricos, o que indica, tal como foi referido anteriormente, que a rugosidade imposta no modelo é demasiado elevada.

Figura 34 – Performance do modelo numérico com modelo experimental para hr=0,2 (X3000,

David Ricardo Fernandes Tiago 47

Figura 35 - Performance do modelo numérico com modelo experimental para hr=0,3 (X3000,

David Ricardo Fernandes Tiago 49

5.SIMULAÇÃO DE ESCOAMENTOS NÃO UNIFORMES

5.1.Descrição da simulação e do pré-processamento

As simulações de escoamentos em regime não uniforme apenas foram efectuadas para hr=0,2, tendo-se realizado duas simulações: uma onde se utilizou um incremento a montante das velocidades nos leitos de cheia (+19% do caudal do leito de cheia em regime uniforme) e outra com uma diminuição a montante das velocidades nos leitos de cheia (-19% do caudal do leito de cheia em regime uniforme), ambas sem alterar o caudal total de 53,4 l/s.

5.2.Verificação da validade do procedimento de subdivisão do canal em dois

trechos

Tal como aconteceu para o regime uniforme, no regime não uniforme também é necessário verificar se os resultados obtidos no “outlet”, ou seja, os resultados da secção de 4 m, dos primeiros 5 m simulados, quando inseridos no “inlet” dos restantes 5 m a simular não sofriam alterações. Nas Figs. 36, 37, 40 e 41 pode verificar-se que em termos de evolução dos caudais, tanto para hr=0,2 (+19%) como para hr=0,2 (-19%), os resultados coincidem e que o modelo k- apresenta um comportamento muito semelhante ao comportamento dos valores obtidos experimentalmente. Pode também observar-se nas Figs. 38 e 39 para hr=0,2 (+19%) e Figs. 42 e 43 para hr=0,2 (-19%), que o modelo k- representa correctamente a transição de

caudais e a velocidade dos resultados da secção de 4 m, dos primeiros 5 m simulados, para os restantes 5 m a simular.

Tal como foi referido no capítulo 4.1, não só as características do canal são as mesmas (mesma geometria), como também foi aplicado o mesmo procedimento em relação à malha e aos dados inseridos no CFX. Foram alteradas as respectivas alturas de água no “outlet” e também as velocidades inseridas no “inlet”. No Quadro 3 apresentam-se os valores relativos aos caudais que foram estabelecidos nos ensaios experimentais de Pinto (2010).

Figura 36 – Comparação da evolução longitudinal dos caudais experimentais e do modelo k- (hr=0,2 +19%)

David Ricardo Fernandes Tiago 50

Figura 37 – Evolução longitudinal dos caudais e da altura de água (hr=0,2 +19%)

Figura 38 - Isolinhas correspondentes à velocidade média no tempo U para X4000 out (hr=0,2

+19%)

Figura 39 - Isolinhas correspondentes à velocidade média no tempo U para X4000 in (hr=0,2

David Ricardo Fernandes Tiago 51

Figura 40 – Comparação da evolução longitudinal dos caudais experimentais e do modelo k- (hr=0,2 -19%)

Figura 41 – Evolução longitudinal dos caudais e da altura de água (hr=0,2 -19%)

Figura 42 - Isolinhas correspondentes à velocidade média no tempo U para X4000 out (hr=0,2 -

David Ricardo Fernandes Tiago 52

Figura 43 - Isolinhas correspondentes à velocidade média no tempo U para X4000 in (hr=0,2 -

19%)

Quadro 3 – Valor dos caudais fornecidos pelo LNEC, regime não uniforme

hr=0,2

(+19%) (-19%) hr=0,2

Qlp (l/s) 40,1 44,3

Qlc (l/s) 13,2 9,1

5.3. Verificação do desenvolvimento da camada limite e da camada de

mistura

As isolinhas para o ensaio experimental hr=0,2 (+19%) estão representadas na Fig. 44. Tal como esperado, verificam-se valores mais elevados no leito principal do que no leito de cheia. Ao longo do canal a velocidade vai diminuindo nos leitos de cheia e aumentando no leito principal, existindo assim uma transferência de massa dos leitos de cheia para o leito principal.

Comparando as isolinhas do ensaio experimental com as isolinhas simuladas, a maior diferença entre elas observa-se para x=3,0 m, enquanto para x=5,0 m e x=7,5 m não existe grande discrepância. A análise dos dados permite concluir que não há grande diferença em relação aos resultados para o regime de escoamento uniforme, constatando-se apenas que o escoamento não tem espaço suficiente para atingir o regime uniforme, ou seja, nunca chega a ser constante ao longo do canal.

Verifica-se uma diminuição das velocidades nos leitos de cheia e um aumento no leito principal, resultante da transferência de massa dos leitos de cheia para o leito principal, provocado pela sobrealimentação imposta a montante. Ainda assim, o aumento da camada de mistura é muito menor nos resultados experimentais do que nos resultados numéricos, evidenciando mais uma vez a dificuldade do modelo isotrópico k- em simular adequadamente a camada de mistura.

Em relação às isolinhas para hr=0,2 (-19%), apenas nos foram fornecidos, pelo LNEC, dados para X5000. Nas Figs. 45 e 46 estão representadas as isolinhas do ensaio experimental e da respectiva simulação. Pode concluir-se que os resultados obtidos numericamente são muito idênticos aos do ensaio experimental, embora estes últimos apresentem maiores valores de U no leito principal.

David Ricardo Fernandes Tiago 53

EXPERIMENTAL NUMÉRICO

Figura 44 – Isolinhas experimentais e numéricas correspondentes à velocidade média no tempo U para X3000, X5000 e X7500 (regime uniforme

hr=0,2 +19%) X3000 X7500 X5000 X3000 X5000 X7500

David Ricardo Fernandes Tiago 54

Figura 45 – Isolinhas correspondentes à velocidade média no tempo U do ensaio experimental na

hr=0,2 (-19%), X5000

Figura 46 – Isolinhas correspondentes à velocidade média no tempo U do ensaio simulado na

hr=0,2 (-19%), X5000